BCG:废弃塑料如何凤凰涅槃?

一档音乐网综节目《乐队的夏天》,让大家因为乐队而疯狂。

一则《上海市生活垃圾管理条例》,让上海人民因为垃圾分类“疯了”。

的确,垃圾强制分类的新闻一出,小区人气最旺的不是健身器材处,而是垃圾回收站附近。很多上海人早上都要接受居委会大妈直击灵魂的拷问:你是什么垃圾?其思考的痛苦程度不亚于哈姆雷特关于生存还是灭亡的困扰。

更别提,一个上海人垃圾强制分类的举动,接连催生多日的微博热搜话题,并不断激发段子手的创作欲望:

“阿拉上海宁,最近不谈股票,不谈房价,甚至连朋友也不谈……一门心思统统扑在垃圾分类上”;“加班,不存在的,阿拉要回家分类垃圾”;“做人好难啊,小时候比成绩,长大了比薪水,电脑开机比时间,走路比步数,安心做个垃圾吧,发现原来垃圾也要分类……”

当然,垃圾分类“逼疯”上海人的背后是一场更大的环境战役。垃圾的分类势必需要更多的垃圾桶,其原材料多为塑料,那么问题来了,垃圾桶废弃之后也属于什么垃圾?答案是回收垃圾范围里的塑料垃圾。

不可否认,塑料是现代生活中的必需品,虽然环境专家和非政府组织早就警告过塑料废弃物会对土地、水和空气造成污染。近年来,人们日渐关注到循环技术有可能减轻“用后即弃”模式的不利影响,但这些方案并不能处理所有类型的塑料垃圾(尤其是与粘合剂等其他材料混合的塑料制品)。此外,在许多市场,使用新生塑料或一次性塑料都比塑料的回收利用更符合经济效益,另外一些市场则缺乏必要的垃圾收集和分类系统。因此,一次性软质塑料制品(比如塑料袋和塑料包装)——约占全部塑料消耗的50%,以及海洋垃圾的一半——它们多数最终被焚烧、填埋或者干脆任意丢弃。

“塑料转燃料”(PTF)的化学回收过程,即“塑料再生”,可以填补“从处理到再利用”区间内的巨大缺口。要彻底解决塑料废弃物问题,既要采取明智的塑料消耗和处理方法,又要开发具有成本竞争力和环保的替代品。

最近,BCG对全球垃圾市场、垃圾收集系统和循环利用监管规定开展全面的分析研究,包括机械回收和转化技术的商业案例,以及PTF价值链。我们的主要结论是,虽然经济情况和商业挑战各不相同,但热解等转化技术在上述提到的所有市场类型中都是经济可行的。在一些市场,热解技术可以产生直接的显著效果——例如,它有潜力处理雅加达产生的多达三分之二的塑料垃圾。在另外一些市场,只有当政府采取行动,让对环境有害的廉价处理方式(主要是垃圾填埋)在经济上不那么有吸引力时,商业应用才是可行的。

没有简单的解决方案

虽然塑料的优点不胜枚举,但它们也导致了一个庞大而复杂的全球性问题。一些估算数据显示,人类在过去一个世纪生产了超过90亿吨塑料,而接近70亿吨已经成为废弃物。最近几十年,中产阶级在新兴市场的崛起让塑料产量飙升:历史上一半的塑料都是在过去15年生产的。联合国预计,以目前的消费速度和废弃物管理方法计算,到2050年,约120亿吨塑料废弃物将被扔进填埋场并泄漏到环境中。

联合国的数据显示,目前已有超过60个国家开始遏制塑料消费和对环境有害的垃圾处理方法。政策制定者开始逐步约束甚至禁止使用一次性软质塑料制品,如购物袋。他们还限制在垃圾填埋场弃置塑料废弃物。包括餐厅和航空公司在内的消费者企业,正在减少甚至彻底抛弃塑料吸管、餐盘和餐具。虽然这些行动尚未使垃圾数量显著下降,但它们已经传递出一个明确的信号,即目前的状况可能迅速转变。

目前主要有七种类型的塑料,其化学成分各不相同。根据塑料用途主要分为以下几类:

  • 聚对苯二甲酸乙二酯(PET):矿泉水瓶、食品容器。
  • 高密度聚乙烯(HDPE):牛奶瓶;洗发水、化学品和洗涤剂的瓶子。
  • 聚氯乙烯(PVC):化妆瓶、商品保鲜膜。
  • 低密度聚乙烯(LDPE):可以挤压的塑料瓶,其他保鲜膜,垃圾袋。
  • 聚丙烯(PP):可以微波加热的餐盘、薯片包装袋。
  • 聚苯乙烯(EPS或PS):塑料餐具、光盘盒、热饮杯和保护性塑料包装。
  • 其他:多用途塑料。

塑料废弃物管理分类体系描述了处理这些塑料制品的各种方案(参阅下图)。除了真正减少垃圾数量以外,最好的办法就是废弃物再利用,最不可取的是让塑料垃圾泄露到环境中,扔进垃圾填埋场次之。各种组织机构都在积极寻求升级垃圾管理实践方法。中期目标是想办法减少垃圾填埋和焚烧,更多地回收和再利用(以及减少垃圾的产生)。

作为循环经济的支柱之一,机械回收为企业提供了可行的商业案例。与此同时,通过减少初次使用塑料数量和提高循环利用率,机械回收也带来了重要的社会和环境效益。但是有效的机械回收系统还需要高效的垃圾收集系统。最有效的系统可以在源头把垃圾分离,从而降低清洁需求并达到节约水和能源的目的。工业规模的分拣系统和机械回收设施的效率和分离能力正在提升。但是建立这样的系统需要时间和资金,通常还需要消费者行为发生彻底转变。

在传统的机械回收之外,提纯等较新的回收技术风头正劲。这些技术把塑料溶解在溶剂中,通过提取添加剂和染料,使混合物分离,进而对塑料进行净化。这些技术与传统的机械回收技术都用于处理相同的原料,比如PET、PS和PP,但只是刚刚兴起,还没有大规模推广。

塑料再生技术填补缺口

几种新的化学回收技术正在兴起,帮助解决原料成分的局限性并降低机械回收过程的复杂性。这些新方法被普遍称为塑料再生。在这一过程中,聚合物被转化成更小的分子,包括它们的成分单体、更小的烃类物质以及石油化工原料。成分单体回收普遍被视作一种特殊的回收方法,因为它把塑料的化学成分转化成稳定的单体分子,进而合成产生相同等级和类型的塑料。这种工艺有时亦被称作分解。一般通过多种技术可以将塑料转化成燃料或石化原料,其中最常见的是热解技术。

与其他回收再利用技术相比,热解技术有一些明显的优势。它能够处理一些机械回收中心通常拒绝的塑料类型。虽然热解技术需要热能,它所释放的二氧化碳仅来自生产这些热能的能源。因此,该技术的碳足迹远远低于垃圾焚烧。

由于输入构成不同,热解工艺的产物为70%到80%的燃油和10%到15%的天然气,前者可以用于多种用途,后者通常被回收利用,提供热解工艺所需的热能。只有约10%到15%的产出物是焦炭,这是一种惰性固体,可用于铺路或被送到填埋场,不过将焦炭作为燃料的情况也已经出现。利用热解工艺产生的液体作为燃料,或者石化厂的投入物,可以让塑料获得下一个使用周期(前一种情况下),甚至可以获得更多使用周期(后一种情况下),具体取决于最终的用途和处理方法。

就像所有化学工序一样,热解技术也面临多种挑战。

最大的挑战是规模和操作的复杂性。热解反应器需要定期维护,停工的代价高昂。工厂一般配有多个反应器,为了增加产量还会增加额外的平行单元。一些企业正在探索体积更小的连续处理反应器,以实现规模化。

热解技术还需要持续稳定的优质给料才能有效运行;这是该技术面临的主要挑战之一,原因是为了防止污染,塑料垃圾必须提前经过分拣和清洁(虽然清洁和处理标准没有机械回收那么严格)。

探究热解技术的经济效益

诸如此类的问题引发了一个关于热解技术能否成为有意义的塑料垃圾解决方案的疑问。那么,它在经济上可行吗?

四个因素直接决定了热解技术的经济效益,这些因素随地域和市场不同而存在较大差异。它们包括可处理的塑料垃圾数量,原料的获取和处理成本,产能及热解工厂的运营费用,以及热解工艺产生的气体和液体的潜在销售收入。此外,几个结构趋势和环境趋势也塑造着这些因素产生的影响,以及热解技术在某个市场的可行性(参阅下图)。

为了评估热解技术的商业可行性,尤其是对能源和化工企业而言的可行性,BCG研究了八个市场。每个市场都有自己的独特性。这些市场可以被分为具有代表性的三类:成熟市场;受到适度监管的市场;以及新兴市场。对于每种市场,我们采用两个标准来确定热解技术的经济可行性:

  • 利润。销售热解液体产物的收入减去原料成本、运营的现金成本,以及资本性支出。
  • 数量。根据市场上可以处理的塑料垃圾数量,大约能满足多少座年产能3万吨的工厂(一般来说,为了获得更高的产能,需要增加额外的平行单元)。

我们以12%的任意名义内部收益率(IRR)作为一家公司证明其投资合理性所需的最低门槛。我们的分析显示,在八个市场中,有六个市场的内部收益率超过了这个门槛,其中四个市场大幅高于该水平,包括一个新兴市场:雅加达。

1、成熟市场
这些市场拥有完备成熟的垃圾回收系统,较低的垃圾填埋率(因为监管规定或空间限制),受到严格监督的近期回收目标,以及降低一次性塑料消耗的中短期规划。我们的研究对象包括新加坡和法国的滨海塞纳省。两个地区都拥有具吸引力的内部收益率(分别超过20%和25%),但却基于截然不同的商业案例。

在新加坡,市场上提供了充足的混合塑料原料,但是收集和清洁的高成本可能对盈利能力产生较大影响。新加坡每天产生约2,200吨塑料垃圾,50%左右来自居民。大多数塑料垃圾直接进入了垃圾焚烧厂。只有约12%到20%进入了回收分拣中心,其中只有一半真正被回收利用,剩下的废弃物由于受到污染而被拒绝回收。鉴于在新加坡每天有可能获得120到300吨废弃塑料,一座年产能3万吨的热解厂可以实现必要的规模(支持热解技术的监管改革可能让更多塑料垃圾免于被焚烧,为热解工艺提供更多原料。)

在滨海塞纳省,热解原料的成本要低得多。热解工厂运营商可以期待获得每吨130美元的利润,即接近30%的利润率。但是滨海塞纳省每天只产生约150到190吨的城市固体废弃物,其中多数(110到160吨)进入了焚烧厂或填埋场。为了确保一座年产能达3万吨的热解厂的原料供应,运营商需要到滨海塞纳省以外的地方寻找供应,或者使用从填埋场提取的塑料,这将需要清洁和分拣工序。

2、中等发达市场

这些市场拥有完备的垃圾收集体系,因经济效益的原因而使减少垃圾填埋的压力几乎不存在,并设置了一些长期的回收目标(包括数据收集),但是缺少与减少塑料消耗有关的严格监管。

美国墨西哥湾沿岸颇具代表性。这里的塑料废弃物既充足(每天产生约2.5万吨)又便宜(每吨约125美元)。在该地区的五个州(阿拉巴马州、佛罗里达州、佐治亚州、路易斯安那州和得克萨斯州),只有佛罗里达州回收了较大比例的城市固体废弃物(37%);其他州的回收率都是个位数,90%以上的城市固体废弃物进入了填埋场。我们估计热解厂的利润率可以达到每吨约135美元(或30%)。中国限制可回收物进口的决定增加了可以处理的塑料数量,降低了潜在运营者的成本。分类效率的提高可能使成本进一步下降。

3、新兴市场

这些市场的特点是塑料垃圾收集系统不够健全,回收目标不够明确,缺乏与降低塑料消耗的有力监管。我们特别关注了印度尼西亚的几个地区(雅加达、安汶和巴淡岛)以及中国的广东省和浙江省。总体而言,中国涵盖了新兴市场和中等发达市场这两个类别:许多城市拥有发达的正规垃圾收集系统,利用焚烧垃圾发电的做法十分普遍。

广东和浙江具有一些相似特征。每个省都是少数城市产生80%的塑料废弃物(广东的九个城市每天2.5万吨,浙江省六个城市每天将近2万吨)。私营公司管理着垃圾的收集和处理,但是机械回收则依靠一个由垃圾捡拾者、收集者和交易者组成的网络。这些省份有潜力为热解厂提供足够的原料供应,但是原料的获得成本很高:两个省份都超过了每吨200美元。这导致每吨原料的运营成本超过400美元。利润率大约是每吨40美元(即8%到9%)。

实现热解技术的规模化

在所有市场,热解技术面临的最大挑战都在于,必须实现一定规模才能为塑料废弃物问题的解决带来显著成效,并产生足够的收入和利润,证明投资的合理性。

一些主要的限制和风险必须得到解决。最直接的限制是目前的小规模(普通工厂每年处理2.5万到3万吨塑料垃圾),以及具有挑战性的技术操作。潜在的意外后果也需要纳入考量。多家化工公司正在大力研发机械回收率更高的塑料产品。推广热解这一塑料再生方法,可能会消除这些研发努力的动机。

尽管如此,热解技术为能源和化工公司提供了探索具有盈利能力的新业务模式的机会,同时还可以改善企业的环境、社会和治理表现。热解技术可以对雅加达(可以通过热解技术处理超过一半甚至三分之二的塑料废弃物)、广东(四分之一的塑料废弃物)、以及浙江(五分之一的塑料废弃物)等不太成熟的市场产生直接的重要影响。热解技术在许多成熟市场也是经济可行的,但在美国墨西哥湾沿岸等地区,由于存在充足的填埋能力,热解技术面临着成本竞争压力,政府必须决定是否通过司法和监管机构来减少垃圾填埋,鼓励替代性做法。

在促进塑料废弃物解决方案的开发方面,政府可以发挥重要作用。通过宣传和投资新的流程和技术,以及对塑料使用和处置的总体监管,欧洲国家在该领域处于领先地位。各国政府必须调整政策,建立指导框架,参与定义一个清晰的废弃物管理分级体系,鼓励回收利用所有类型塑料。这些框架可以助力开发和实施创新的产品设计、废弃物管理基础设施、机械回收,以及塑料再生技术。从地方和地区立法机构,到国民议会、行政当局和专业行政部门,各级政府机构都可以贡献力量。

在目前的解决方案分级体系之内,塑料转化或“塑料变燃料”,在减轻塑料的中短期环境影响方面可以扮演重要角色。企业、政府和机构对塑料转化技术的投资或支持越多,它们对解决这一全球性环境问题的贡献能力就越大。

感谢支持199IT
我们致力为中国互联网研究和咨询及IT行业数据专业人员和决策者提供一个数据共享平台。

要继续访问我们的网站,只需关闭您的广告拦截器并刷新页面。
滚动到顶部